SiC衬底上外延GaN:Mg材料特性研究

利用扫描电子显微镜、拉曼散射光谱和光致发光谱对在SiC衬底上采用MOCVD异质外延的GaN:Mg薄膜特性进行研究发现：除了一部分Mg原子替代Ga原子呈现受主性外，大部分Mg原子以间隙原子状态（Mg_i）存在，并且在缺陷或者位错处大量聚集引起薄膜张力应力减小，薄膜在降温过程中由于应力不均匀会在部分区域内出现大量的裂纹；Mg的掺杂会加剧GaN无序化程度，致使薄膜质量变差；而室温下的PL谱测量表明蓝带发光由DAP（深施主—浅受主）复合引起，其中D为Mg_GaV_{N 关键词： GaN∶Mg 异质外延 扫描电子显微镜 拉曼散射 光致发光谱}     

硅衬底氮化镓基LED薄膜转移至柔性黏结层基板后其应力及发光性能变化的研究

本文将硅(Si)衬底上外延生长的氮化镓(GaN)基发光二极管(LED)薄膜转移至含有柔性黏结层的基板上, 获得了不受衬底和支撑基板束缚的LED薄膜. 利用高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)研究了薄膜转移前后的应力变化, 同时对其光致发光(PL)光谱的特性进行了研究. 结果表明: 硅衬底GaN基LED薄膜转移至柔性基板后, GaN受到的应力会由转移前巨大的张应力变为转移后微小的压应力, InGaN/GaN量子阱受到的压应力则增大; 尽管LED薄膜室温无损转移至柔性基板其InGaN阱层的In组分不会改变, 然而按照HRXRD倒易空间图谱通用计算方法会得出平均铟组发生了变化; GaN基LED薄膜从外延片转移至柔性基板时其PL谱会发生明显红移.     

射频等离子体辅助MBE生长GaN及Mg掺杂的光致发光

采用射频等离子体辅助分子束外延(RF plasma-assisted MBE)系统生长非故意掺杂GaN和p型GaN,并且通过室温和低温光致发光(PL)谱测试研究了材料的发光特性及与杂质态的关系,对于GaN外延层出现的黄带发光进行分析。结果表明,富Ga条件下生长的GaN材料特性要优于富N生长的材料;非故意掺杂的富Ga样品中出现的黄带发光(YL)与GaN中生成能最低的氮空位(V_N)缺陷有关;不同的Mg掺杂浓度对样品的PL特性有较大的影响;结合Hall效应测量结果,认为在Mg重掺杂的样品中出现的黄带发光,与GaN的自补偿效应以及重掺杂导致的晶体质量下降有关。     

高空穴浓度Mg掺杂InGaN外延材料性能的研究

采用金属有机物化学气相沉积方法生长得到具有不同Mg掺杂浓度In_xGa_1-xN (0≤x≤0.3)外延材料样品. 对样品的电学特性和光学特性进行了系统的研究. 研究发现：在固定Mg掺杂浓度下，随In组分的提高，样品空穴浓度显著提高,最高达2.4×10¹⁹cm^-3,Mg的活化效率提高了近两个数量级；通过对Mg掺杂InGaN(InGaN：Mg)样品的光致发光(PL)谱的分析，解释了InGaN：Mg样品的载流子跃迁机理，并确定了样品中Mg受主激活能和深施主能级的位置. 关键词： Mg掺杂InGaN 高空穴浓度 光致发光 金属有机物化学气相沉积     

(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜表面处缺陷的拉曼光谱研究

采用电感耦合等离子体增强物理气相沉积法制备了(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜,超导量子干涉磁强计测试结果表明,薄膜具有室温的铁磁性。采用激光共聚焦拉曼(Raman)光谱研究了(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜的表面特性,以两种处理方式对薄膜进行了Raman光谱测试:共聚焦模式从薄膜表面开始至不同深度处进行测试;对薄膜样品进行预处理加工,采用面扫描模式在薄膜平面对(Cu,Al)掺杂ZnO薄膜的斜面进行测试。分析了Raman光谱A₁(LO)峰的中心位置和强度变化,结果表明,界面处晶格应力和缺陷明显增强。这些晶格畸变和点缺陷的存在会对体系的铁磁性有促进作用。     

Na-Mg共掺杂ZnO薄膜的结构和光学性质

利用溶胶-凝胶法,在普通载玻片上使用旋转涂膜技术制备了具有c轴择优取向生长的Na-Mg共掺杂的ZnO薄膜。用XRD、SEM、光致发光(PL)及透射光谱对薄膜样品进行了表征。结果表明:Na-Mg共掺杂有利于ZnO薄膜的c轴择优取向生长,并且随着Na+掺杂浓度的增加,晶粒尺寸先增大后减小;通过比较不同掺杂浓度ZnO薄膜的PL谱,推测发光峰值位于380nm的紫外发射与ZnO的自由激子复合有关;发现掺入Mg的确能使ZnO禁带宽度增大,掺杂组分为Na0.04Mg0.2Zn0.76O时,其PL谱只有一个很强的紫光发射峰,其近带边紫外光发射强度较未掺杂的ZnO增强了近10倍,极大地提高了薄膜紫外发光性能;并且随Na+浓度增加薄膜透光性减弱。     

N极性GaN薄膜的MOCVD外延生长

采用MOCVD技术在c面蓝宝石衬底上外延制备了N极性GaN薄膜。通过KOH腐蚀的方法判定了GaN外延薄膜的极性。通过X射线双晶衍射(XRD)摇摆曲线和光致荧光(PL)谱测试研究了成核层生长时间对N极性GaN薄膜晶体质量和发光性能的影响。研究结果表明,成核层生长时间为300 s时,N极性GaN薄膜样品的位错密度最低,发光性能最好。采用拉曼(Raman)光谱对样品的应变状态进行了分析。     

MOCVD生长的GaN单晶膜透射光谱研究

采用MOCVD技术在Al2O3(0001)衬底上生长了GaN薄膜，使用透射光谱、光致发光光谱和X射线双晶衍射三种技术测试了五类GaN薄膜样品，实验结果表明：GaN薄膜透射谱反映出的GaN质量与X射线双晶衍射测量的结果一致，即透射率越大，半高宽越小，结晶质量越好；而X射线双晶衍射峰半高宽最小的样品，其PL谱的带边峰却很弱，这说明PL谱反映样品的光学性能与X射线双晶衍射获得的结晶质量不存在简单的对应关系，同时还报导了一种特殊工艺生长的高阻GaN样品的RBS／沟道结果。     

退火温度对Er/Yb共掺Al2O3薄膜的光致荧光光谱的影响

通过对不同退火条件下Er/Yb共掺Al2O3薄膜光致荧光(PL)光谱的系统分析,研究了高Er/Yb掺杂浓度所导致的晶体场变化对薄膜PL光谱的影响,并结合薄膜结构分析,探讨了Al2O3薄膜的结晶状态在Er3+激活、PL光谱宽化中的作用及可能的物理机理.研究结果表明:退火处理所导致的Er3+ PL光谱的变化与薄膜的微观状态之间有着密切的联系.在600-750℃范围内,薄膜呈非晶态结构,薄膜荧光强度的增加主要是薄膜内缺陷减少所致;在800-900℃范围内,γ-Al2O3相的出现是导致荧光强度明显增加的主要原因;当退火温度为1000℃时,Er,Yb的大量析出致使荧光强度的急剧下降.此外,对PL光谱线形分析表明,各子能级跃迁的相对强度变化是导致荧光光谱宽化的主要因素.     

非掺杂ZnO薄膜中紫外与绿色发光中心

用直流反应溅射方法在硅衬底上淀积了ZnO薄膜,测量它们的光致发光(PL)光谱,观察到两个发光峰,峰值能量分别为3.18(紫外峰,UV)和2.38eV(绿峰).样品用不同温度分别在氧气、氮气和空气中热处理后,测量了PL光谱中绿峰和紫外峰强度随热处理温度和气氛的变化,同时比较了用FP-LMT方法计算的ZnO中几种本征缺陷的能级位置.根据实验和能级计算的结果,推测出ZnO薄膜中的紫外峰与ZnO带边激子跃迁有关,而绿色发光主要来源于导带底到氧错位缺陷(O_Zn)能级的跃迁,而不是通常认为的氧空 关键词： ZnO薄膜 热处理 光致发光光谱 缺陷能级     

用MOCVD技术在Al2O3衬底上外延GaN的光致发光研究

本文通过变温和变激发强度的光致发光研究了用ＭＯＣＶＤ在Ａｌ２Ｏ３上生长ＧａＮ单晶薄膜的带边发射，通过分峰拟合得到Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ四个谱峰，其中半峰宽分别为１３．８ｍｅＶ，１０．８ｍｅＶ，１５．６ｍｅＶ，和５０ｍｅＶ。Ａ对应自由激子谱，Ｂ，Ｃ为两种束缚激子的跃迁，Ｄ与氧杂质谱有关。     

GaN和GaN:Mg外延膜低温拉曼谱的对比研究

对液氮温度下六方相GaN和掺Mg的P型GaN薄膜的拉曼谱进行了对比研究。除对两个样品中主晶格振动模进行了对比分析外,着重讨论了位于247 cm-1的散射峰的产生机制。结果表明GaN:Mg的谱中该峰的散射强度随温度升高先增大再减小,在500K以上消失且对样品重新降温到78K观察此峰不再出现,因此认为它是缺陷产生的振动模。而GaN样品中经同样加热降温的过程此峰仍然存在,说明两个样品中该峰的产生机制不同。此外,在GaN:Mg的谱中还观察到Mg诱导的局域振动模。     

Al，Mg掺杂GaN电子结构及光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用广义梯度近似方法,计算了Al,Mg掺杂的闪锌矿型GaN的电子结构和光学性质,分析了其电子态分布与结构的关系,给出了掺杂前后GaN体系的介电函数和复折射率函数.计算结果表明掺有Mg的GaN晶体空穴浓度增大,会明显提高材料的电导率,而Al掺杂GaN晶体的载流子浓度不变,只是光学带隙变宽;通过分析掺杂前后GaN晶体的介电函数和复折射率函数,解释了体系的发光机理,为GaN材料光电性能的进一步开发与应用提供了理论依据.通过比较可知,所得出的计算结果与现有文献符合得很好. 关键词： GaN晶体 电子结构 光学性质 掺杂     

初始化生长条件对a-GaN中应变的影响

利用高分辨X射线衍射(HRXRD)与拉曼散射光谱(Raman scattering spectra)研究了氮化处理与低温AlN缓冲层对低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)在r面蓝宝石衬底上外延的a面GaN薄膜中的残余应变的影响。实验结果表明:与氮化处理后生长的a-GaN相比,使用低温AlN缓冲层后生长的a-GaN具有较小的摇摆曲线的半高宽和较低的残余应变,而且其结构各向异性和残余应变各向异性也均有一定程度的降低。因此,与氮化处理相比,低温AlN缓冲层更有利于a-GaN的生长。     

高质量氮化镓材料的光致发光研究

利用氨气源分子束外延（GSMBE）技术,在改型Ⅳ型分子束外延设备上生长高质量GaN单晶外延材料,并对样品进行了光致发光测量。分析室温和低温光致发光谱,系统地研究GaN的发光峰及其起源,并对常见的黄色发光带现象及其微结构起因进行探讨。     

Characteristics of GaN epilayer grown on Al2O3 with AlN buffer layer by molecular beam epitaxy

Double crystal rocking curve (DCRC), atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), and photoluminescence (PL) measurements on GaN epilayers grown with various thicknesses (3.4, 8.5, 17, 34, and 51 nm) of the AlN buffer layer were carried out to investigate the surface, the structural, and the optical properties of the GaN epilayers. The results of the DCRC, AFM, SEM, and PL measurements showed that the GaN epilayer grown on a 3.4 nm AlN buffer layer had the best quality. These results indicate that GaN active layers grown on 3.4 nm AlN buffer layers hold promise for potential applications in optoelectronic devices.     

The oxidation of gallium nitride epilayers in dry oxygen

The oxidation of GaN epilayers in dry oxygen has been investigated. The GaN epilayers, about 1 7m thick, were grown on (0001) sapphire substrates by rapid thermal process/low pressure metalorganic chemical vapor deposition. Bulk /-2/ X-ray diffraction (XRD) data showed that the slight oxidation of GaN began to occur at 800 °C for 6 h. The oxide was identified as the monoclinic #-Ga₂O₃. The GaN epilayers were completely oxidized at 1050 °C for 4 h or at 1100 °C for 1 h. For all samples, the strongest oxide's peak is (11-3), and (30-6) followed. There is a rapid oxidation process in the initial stage of oxidation, and a relatively slow process followed when the temperature was over 1000 °C. The oxidation of two stages was limited by the rate of an interfacial reaction mechanism and by the diffusion mechanism, respectively. When the temperature reaches 1100 °C, the oxidation rate is very fast, which is considered as the results of the GaN decomposition at high temperature under atmosphere. The oxide layers were also observed by a scanning electron microscope, which shows a rough oxide surface and an expansion of the volume of 40%. The photoluminescence (PL) seriously influenced by the oxidation is also discussed.     

Activation of Mg-doped P-GaN by using two-step annealing

One- and two-step rapid thermal annealing (RTA) for activating Mg-doped p-type GaN films had been performed to compare with conventional furnace annealing (CFA). The two-step annealing process consists of two annealing steps: the first step is performed at 750 °C for 1 min and the second step is performed at 600 °C for 5 min in pure O₂ or air ambient. It is found that the samples annealed in air ambient exhibit poor electrical properties as compared to those annealed in pure O₂. Compared to one-step RTA annealing and CFA annealing, the samples with two-step annealing exhibit higher hole concentration and lower resistivity. This means that the two-step annealing is a powerful method to enhance the electrical performance of Mg-doped p-type GaN films. Similar results were also evidenced by photoluminescence (PL) measurement. Possible mechanism was confirmed by secondary ion mass spectrometry analysis.     

Si基GaN的微结构表征

采用快速辐射加热/低压-金属有机化学气相淀积(RTP/LP-MOCVD)方法分别以AlN和阳极氧化铝为缓冲层材料在Si衬底上外延生长GaN薄膜,通过X射线衍射谱(XRD)、光荧光谱(PL)、拉曼散射谱(RamanScattering)等手段对它们的微结构进行了表征和分析,结果指出AlN是优良的缓冲层材料。